LE COMPLEXE BASSIN - VERSANT

Stations de jaugeage
et hydrométrie
LST Eau et Environnement & MST d’Hydrogéologie,
Marrakech.
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Stations de jaugeage et hydrométrie
La mesure du débit d'un cours d'eau se fait dans
une
station
de
jaugeage
ou
une
station
hydrométrique.
Le jaugeage permet de connaître la vitesse du
courant d'eau, à partir duquel on déduit le débit
exprimé en m3/s (ou en l/s pour les bases eaux et
les débits de sources).
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Stations de jaugeage et hydrométrie
Le débit des rivières varie continuellement, et comme c'est
difficile de faire plusieurs mesures de débit par jour, on
mesure, d'une façon continue, les hauteurs d'eau dans le
lit de la rivière, puis on établi expérimentalement la relation
entre la côte de l'eau et le débit.
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Stations de jaugeage et hydrométrie
A. Mesure des hauteurs d’eau : voir polycopié
B. Mesure des débits (Les jaugeages)
Les mesures des débits ou jaugeages permettent de connaître
les volumes d'eau qui passent à travers une section par unité
de temps.
Le débit est donc le rapport d'un volume (en m3 par exemple)
par un temps t (exprimé souvent en secondes).
Le débit c'est également le produit d'une vitesse du courant
d'eau (en m/s) avec une surface, en l'occurrence la surface
mouillée exprimée en m2.
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Stations de jaugeage et hydrométrie
* Le jaugeage au moulinet :
Le jaugeage d'un cours d'eau consiste à mesurer la vitesse du
courant. Cette vitesse varie latéralement d'une berge à l'autre et
verticalement de la surface de l'eau au fond du lit.
C'est
pourquoi
chercher
la
pour
vitesse
moyenne du courant, il
faut
faire
plusieurs
mesures en différents
points de la section
mouillée. (voir TP)
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Stations de jaugeage et hydrométrie
* Matériel de jaugeage
Le moulinet est un appareil de mesure de la vitesse
d'un mouvement fluide. Il est composé d'une hélice
qui détecte la vitesse du courant et transmet les
indications à un compteur.
Les moulinets sont montés sur des perches pour
jauger les basses eaux ; et sont montés sur des
saumons pour jauger les hautes eaux et les crues.
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Stations de jaugeage et hydrométrie
Les saumons sont suspendus sur des câbles et se déplacent le long
de la section de jaugeage par un chariot mobile sur un câble
téléphérique.
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C - Dépouillement des jaugeages au moulinet et calcul des débits
1) Choix des positions des verticales de mesure :
Les verticales de mesure sont souvent choisies dans la largeur de la
section mouillée de façon à condenser davantage les mesures vers
les berges ; pour cela on adopte une méthode qui consiste à choisir
tout d'abord le milieu de la section, puis les quarts, les
huitièmes...etc. en direction des berges.
Le nombre des verticales à choisir dépendra de la largeur de la
section (5, 7, 9...verticales).
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Par exemple, pour une section transversale de 18 m de largeur, il y
aura une verticale de mesure à 9 m de la berge, puis à 4,5 et 13,5 m,
ensuite à 2,25 et 15,75 m.
2,25
4,5
Remarque: Il arrive
9m
13,5
15,75
de choisir des verticales équitablement
espacées ; dans ce cas, pour la section de 18 m de largeur, les
verticales seront à 3, 6, 9, 12 et 15 m de la première berge.
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2) Profondeurs de mesure des vitesses du courant :
Selon la profondeur, on effectue généralement 3 à 5 mesures par
verticale.
- Pour les jaugeages au micromoulinet (basses eaux), on commence à
3 cm au-dessus du fond, et on terminera au moins à 3 cm sous la
surface de l'eau.
Pour choisir n points de mesure, on applique la règle :
pt est la profondeur totale (ou hauteur d'eau)
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Si la hauteur d'eau est de 40 cm et on veut effectuer 4 points de
mesure par exemple :
40 - 6 = 34 et
34 / 3 = 11,3 qu'on peut arrondir à 11 ,
on choisira alors les points espacés de 11 cm, soit les hauteurs :
3, 14, 25 et 36 cm.
36
25
14
3
Pour choisir 5 points de mesure sur la verticale, on divise par 4 et on
applique la même règle. On aura les hauteurs 3, 11, 20, 28 et 37 cm.
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Exemple de jaugeage au micro-moulinet (Basses eaux)
On se propose de jauger sur une section large de 2 m
(soit
200
cm).
Les
verticales
de
mesure
seront
positionnées à 25, 50, 100, 150 et 175 cm de la rive.
Les résultats du jaugeage sont sur le tableau suivant,
sachant que la formule de l'hélice qui donne la vitesse du
courant est :
V = 0.056 n + 0,035 ( n est le nombre de tops par seconde).
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Distance
(cm)
Hauteur
d'eau(cm
Nombre
de tops
Temps
(s)
Vitesse
(m/s)
100
15
-
3
93
30
0.209
0.141
-
6
109
30
0.238
30
0.154
-
9
112
30
0.244
87
30
0.197
-
12
99
30
0.220
96
30
0.214
150
15
-
3
53
30
0.134
0.123
-
6
64
30
0.154
30
0.145
-
9
72
30
0.169
63
30
0.153
-
12
84
30
0.192
12
69
30
0.164
175
9
15
72
30
0.169
-
3
37
30
0.104
-
6
42
30
0.113
200
0
Distance
(cm)
Hauteur
d'eau(cm
Nombre
de tops
Temps
(s)
0
0
0
25
15
-
3
57
30
-
6
64
-
9
-
12
50
18
-
3
47
30
-
6
59
-
9
-
Vitesse
(m/s)
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Exploration des champs des vitesses par la méthode des paraboles
et calcul du débit :
On trace pour chaque
verticale la courbe des
vitesses en fonction de la
profondeur (dite parabole
des vitesses).
Remarque : La vitesse du fond est calculée à partir de la vitesse du 1er point de mesure à
3 cm au dessus de ce fond : Vf = 0,8 * V à 3 cm de hauteur d'eau.
La vitesse à la surface du plan d'eau est légèrement inférieure ou égale à la vitesse au
point qui est juste en dessous
H (m)
H (m)
H (m)
H (m)
H (m)
V (m/s)
V (m/s)
V (m/s)
V (m/s)
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V (m/s)
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Le planimétrage de chaque surface obtenue donne le débit par unité
de largeur au droit de la verticale considérée.
H (m)
H (m)
H (m)
H (m)
H (m)
V (m/s)
V (m/s)
V (m/s)
V (m/s)
V (m/s)
On l'appelle débit unitaire (pu) et il est exprimé en m2 /s.
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On trace ensuite la courbe de variation de ces débits unitaires suivant
la largeur de la section.
Le planimétrage de l'aire délimitée par cette courbe donne le débit en m3/s.
On trace également la
courbe des profondeurs
en fonction de la largeur.
On déterminera alors :
- La surface de la section
mouillée : Sm = 0,26 m².
- La profondeur moyenne
Pm = Sm / Largeur
= 0,13 m
Débit
(0,045 m3/s)
Section mouillée (0,26 m²)
- La vitesse moyenne :
Vm = Q / Sm
= 0,173 m/s
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D - Courbes d'étalonnage et relation hauteur d'eau - débit:
La courbe d'étalonnage est la courbe des débits en fonction des
hauteurs d'eau correspondants: Q = f (H). Elle donne pour chaque
hauteur d'eau observée le débit correspondant mesuré par le jaugeage.
Q (m3/s)
Dans une station stable, la forme de la
section transversale ne varie pas (ou
varie peu).
Ces stations conservent une loi hauteur
d'eau - débit quasipermanante, qui peut
durer
plusieurs
années,
jusqu'à
perception d'une éventuelle modification
du fond du lit ou de la section globale.
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H (cm)
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Q (m3/s)
Exemple :
H (cm)
Q (m3/s)
100
45
125
65
175
120
225
175
300
300
350
400
400
525
470
700
H (cm)
On obtient une courbe exponentielle de la forme Q = a H n appelée :
courbe de tarage
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Pour simplifier cette écriture, on peut la mettre sous forme:
log Q = log a + n log H,
c'est-à-dire : y = a x + b .
log Q
La relation devient linéaire,
et on peut déduire les
paramètres a et b de
l'équation qui devient :
log Q = 1,8 log H - 1,95
On peut donc calculer le débit
correspondant à une hauteur
d'eau donnée :
une côte de 205 cm par
exemple correspondrait à un
débit de 163 m3/s.
log H
L'extrapolation au-delà du dernier niveau jaugé est également possible;
ainsi, une côte de 700 cm correspondrait à un débit de 1483 m3/s.
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